[發(fā)明專利]一種基于雙向精密測距的異步自組網(wǎng)定位系統(tǒng)和定位方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611165010.6
• 申請日: 2016-12-16
• 公開（公告）號: CN106842117A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王垚;王縛鵬;何成龍;晁磊;于雪崗;崔淼;王帥
• 申請（專利權(quán)）人: 中國電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所
• 主分類號: G01S5/02
• 分類號: G01S5/02
• 代理公司: 河北東尚律師事務(wù)所13124
• 代理人: 王文慶

1.一種基于雙向精密測距的異步自組網(wǎng)定位系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)處理中心和多個節(jié)點(diǎn)終端，所述節(jié)點(diǎn)終端包括至少3個主錨節(jié)點(diǎn)和標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)，從主錨節(jié)點(diǎn)中任選一個作為路由管理器，其特征在于：每個節(jié)點(diǎn)終端結(jié)構(gòu)相同，均包括測距模塊、路由模塊、供電模塊和邏輯控制模塊，

作為路由管理器的主錨節(jié)點(diǎn)的路由模塊用于建立網(wǎng)絡(luò)，將測距指令和所有主錨節(jié)點(diǎn)的ID發(fā)送至標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)的路由模塊；同時還用于將所有標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)修正后的測距值和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息通過串口輸出至數(shù)據(jù)處理中心；

標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)的路由模塊用于接收作為路由管理器的主錨節(jié)點(diǎn)的路由模塊發(fā)送的測距指令和所有主錨節(jié)點(diǎn)的ID并發(fā)送至自身的邏輯控制模塊，同時還用于將修正后的測距值輸出至作為路由管理器的主錨節(jié)點(diǎn)的路由模塊；

標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)的測距模塊用于接收測距指令和所有主錨節(jié)點(diǎn)的ID，并根據(jù)測距指令通過SDS-TWR算法完成標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)與主錨節(jié)點(diǎn)的測距，獲得標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)和所有主錨節(jié)點(diǎn)之間的測距值，將測距值發(fā)送至自身邏輯控制模塊；

標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)的邏輯控制模塊用于向自身測距模塊發(fā)送測距指令；同時還用于對收到的測距值進(jìn)行誤差修正，將修正后的測距值輸出至自身路由模塊；

數(shù)據(jù)處理中心用于將測距指令輸出至主錨節(jié)點(diǎn)的路由模塊；同時還用于接收修正后的測距值，并運(yùn)用線性化最小二乘法將標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)的位置解出，將解出的位置作為偽測量值構(gòu)造一個線性系統(tǒng)后，用線性卡爾曼濾波算法完成標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)的定位解算。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于雙向精密測距的異步自組網(wǎng)定位系統(tǒng)，其特征在于：所述測距模塊采用CSS SDS-TWR雙向測距體制，路由模塊采用ZigBee路由協(xié)議，邏輯控制模塊采用加權(quán)時鐘頻偏修正矩陣對測距模塊輸出的測距值進(jìn)行誤差修正。

3.一種基于雙向精密測距的異步自組網(wǎng)定位方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)根據(jù)實際地理條件搭建至少三個主錨節(jié)點(diǎn)，在搭建的主錨節(jié)點(diǎn)中任選其中一個主錨節(jié)點(diǎn)作為路由管理器，將作為路由管理器的主錨節(jié)點(diǎn)通過串口與數(shù)據(jù)處理中心連接，并在數(shù)據(jù)處理中心錄入所有主錨節(jié)點(diǎn)的位置信息；

(2)作為路由管理器的主錨節(jié)點(diǎn)開始建立網(wǎng)絡(luò)，其余主錨節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)，形成初始網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；

(3)標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)加入該初始網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)形成新的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；

(4)作為路由管理器的主錨節(jié)點(diǎn)向標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)發(fā)送測距指令和所有主錨節(jié)點(diǎn)的ID；

(5)標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)收到測距指令后，通過SDS-TWR算法完成測距，獲得標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)和所有主錨節(jié)點(diǎn)之間的測距值，將所有測距值分別進(jìn)行修正；

(6)標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)將修正后的測距值發(fā)送給作為路由管理器的主錨節(jié)點(diǎn)；

(7)作為路由管理器的主錨節(jié)點(diǎn)將所有修正后的測距值和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息通過串口導(dǎo)入數(shù)據(jù)處理中心；

(8)數(shù)據(jù)處理中心收到修正后的測距值后，運(yùn)用線性化最小二乘法將標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)的位置解出；

(9)數(shù)據(jù)處理中心將步驟(8)中解出的位置作為偽測量值構(gòu)造一個線性系統(tǒng)后，用線性卡爾曼濾波算法完成標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)的定位解算。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于雙向精密測距的異步自組網(wǎng)定位方法，其特征在于：步驟(9)之后還包括：隨著新入網(wǎng)標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)與主錨節(jié)點(diǎn)距離的增加及環(huán)境的復(fù)雜度增加，數(shù)據(jù)處理中心根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息選出至少三個標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)作為從錨節(jié)點(diǎn)，選出從錨節(jié)點(diǎn)后再入網(wǎng)的標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)基于跳數(shù)最小原則直接向從錨節(jié)點(diǎn)或者主錨節(jié)點(diǎn)發(fā)出測距請求，重復(fù)步驟(3)至步驟(9)的過程，從而完成較精準(zhǔn)的定位；所述的從錨節(jié)點(diǎn)為與作為路由管理器的主錨節(jié)點(diǎn)間隔跳數(shù)相同的同一層已定位的標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于雙向精密測距的異步自組網(wǎng)定位方法，其特征在于：所述基于跳數(shù)最小原則為：標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)與錨節(jié)點(diǎn)之間跳數(shù)最少，所述錨節(jié)點(diǎn)包括主錨節(jié)點(diǎn)和從錨節(jié)點(diǎn)。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于雙向精密測距的異步自組網(wǎng)定位方法，其特征在于：步驟(2)所述的作為路由管理器的主錨節(jié)點(diǎn)開始建立網(wǎng)絡(luò)，具體為：主錨節(jié)點(diǎn)通過ZigBee協(xié)議建立網(wǎng)絡(luò)。

7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于雙向精密測距的異步自組網(wǎng)定位方法，其特征在于：步驟(5)所述的將所有測距值分別進(jìn)行修正，具體為：采用加權(quán)時鐘頻偏修正矩陣對測距值進(jìn)行誤差修正。